Vad är skillnaden mellan EMF och spänning: en enkel förklaring på exemplet
Vad är elektromotorisk kraft
Vi granskade denna fråga i detalj i en separat artikel:https://svm.electricianexp.com/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html
EMF förstås som en fysisk mängd som karakteriserar driften av alla externa krafter som finns i kraftkällor likström eller växelström. Dessutom, om det finns en stängd krets, kan vi säga att EMF är lika med krafterna för att flytta en positiv laddning till en negativ i en sluten krets. Eller med enkla ord, EMF för en aktuell källa representerar det arbete som krävs för att flytta en enhetsladdning mellan polerna.
Om den nuvarande källan har oändlig kraft, och det inte finns något inre motstånd (position A i figuren), kan EMF beräknas utifrån Ohms lag för kedjesektioneneftersom spänning och elektromotorisk kraft är i detta fall lika.
I = U / R,
där U är spänningen, och i det betraktade exemplet EMF.
Emellertid har en verklig strömförsörjning ett ändligt internt motstånd. Därför kan en sådan beräkning inte tillämpas i praktiken. I detta fall, för att bestämma EMF, använd formeln för hela kretsen.
I = E / (R + r),
där E (även kallad "ԑ") är EMF; R är lastmotståndet, r är strömkällans inre motstånd, jag är strömmen i kretsen.
Denna formel tar emellertid inte hänsyn till motståndet hos kretsledarna. Det är nödvändigt att förstå att strömmen i DC-källan och i den externa kretsen flyter i olika riktningar. Skillnaden ligger i det faktum att inuti elementet flyter det från minus till plus, sedan i den externa kretsen från plus till minus.
Detta illustreras tydligt i figuren nedan:
I detta fall mäts elektromotorkraften med en voltmeter, i fallet när det inte finns någon belastning, d.v.s. Strömkällan går på tomgång.
För att hitta EMF genom spänningen och lastmotståndet måste du hitta det inre motståndet i kraftkällan, för detta mäter spänningen två gånger vid olika belastningsströmmar och sedan hitta det inre motståndet. Nedan är beräkningsproceduren med formler, då är R1, R2 lastmotståndet för de första respektive andra mätningarna, de återstående värdena är liknande, U1, U2 är källspänningen vid dess terminaler under last.
Så vi vet strömmen, då är det lika med:
I1 = E / (R1 + r)
I2 = E / (R2 + r)
I det här fallet:
R1 = U1 / I1
R2 = U2 / I2
Om vi ersätter de första ekvationerna:
I1 = E / ((U1 / I1) + r)
I2 = E / ((U2 / I2) + r)
Nu delar vi vänster och höger delar i varandra:
(I1 / I2) = [E / ((U1 / I1) + r)] / [E / ((U2 / I2) + r)]
Efter beräkning av motståndet för den aktuella källan får vi:
r = (U1-U2) / (I1-I2)
Internt motstånd r:
r = (U1 + U2) / I,
där U1, U2 är spänningen vid källanslutningarna vid olika belastningsströmmar, är I strömmen i kretsen.
Då är EMF:
E = I * (R + r) eller E = U1 + I1 * r
Vad är spänning
Elektrisk spänning (betecknad som U) är en fysisk mängd som återspeglar det kvantitativa kännetecknet för det elektriska fältet för att överföra laddning från punkt A till punkt B. Följaktligen kan spänningen vara mellan två punkter i kretsen, men till skillnad från EMF kan det vara mellan två slutsatser som ett av elementen i kedjan. Kom ihåg att EMF karaktäriserar det arbete som utförs av externa krafter, det vill säga arbetet för strömkällan eller EMF för att överföra laddning genom hela kretsen, och inte på ett specifikt element.
Denna definition kan uttryckas på ett enkelt språk. Spänningen hos likströmskällor är kraften som flyttar fria elektroner från en atom till en annan i en viss riktning.
För växelström används följande begrepp:
- omedelbar spänning är potentialskillnaden mellan punkter under en viss tidsperiod;
- amplitudvärde - representerar det maximala värdet modulo det omedelbara spänningsvärdet under en tidsperiod;
- medelvärdet är spänningens konstantkomponent;
- RMS och RMS.
Kretsens spänning beror på materialet i ledaren, lastmotståndet och temperaturen. Som elektromotorisk kraft mäts i volt.
För att förstå den fysiska betydelsen av stress jämförs det ofta med ett vattentorn. Vattenspelaren identifieras med spänning och flöde med ström.
Samtidigt minskar vattenkolonnen i tornet gradvis, vilket kännetecknar en minskning i spänning och en minskning av strömstyrkan.
Så vad är skillnaden
För en bättre förståelse av vad skillnaden i elektromotorisk kraft från spänning är, överväga ett exempel. Det finns en källa till elektrisk energi med oändlig kraft, i vilken det inte finns något internt motstånd. En last är monterad i den elektriska kretsen. I detta fall är påståendet att EMF och spänning är identiskt lika, det vill säga att det inte finns någon skillnad mellan dessa begrepp, det är sant.
Detta är emellertid idealiska förhållanden som inte förekommer i verkligheten. Dessa villkor används uteslutande i beräkningarna. I verkligheten beaktas kraftkällans inre motstånd. I detta fall är EMF och spänning olika.
Figuren visar vad skillnaden kommer att vara i värdena på elektromotorkraften och spänningen under verkliga förhållanden. Ovanstående formel för Ohms lag för en komplett kedja beskriver alla processer. Med en öppen krets kommer batteriterminalerna att vara 1,5 volt. Detta är värdet på EMF. Genom att ansluta lasten, i detta fall är det en glödlampa, kommer den att ha en spänning på 1 volt.
Skillnaden från en idealisk källa är strömkällans inre motstånd. Vid detta motstånd inträffar ett spänningsfall. Dessa processer beskrivs av Ohms lag för en komplett kedja.
Om mätanordningen vid terminalerna på den elektriska kraftkällan visar ett värde på 1,5 volt, kommer detta att vara en elektromotorisk kraft, men vi kommer att upprepa, förutsatt att det inte finns någon belastning.
Vid anslutning av lasten kommer terminalerna att ha ett klart lägre värde. Detta är spänningen.
slutsats
Av ovanstående kan vi dra slutsatsen att huvudskillnaden mellan EMF och spänningen är:
- Elektromotorkraften beror på kraftkällan, och spänningen beror på den anslutna belastningen och strömmen som strömmar genom kretsen.
- Elektromotorisk kraft är en fysisk kvantitet som kännetecknar arbetet med externa krafter av icke-elektriskt ursprung som förekommer i likströms- och växelströmkretsar.
- Spänning och EMF har en enda mätenhet - Volt.
- U är en fysisk mängd som är lika med arbetet i det effektiva elektriska fältet som produceras när en enhetstestladdning överförs från punkt A till punkt B.
Således kort, om U representeras som en kolonn med vatten, kan EMF föreställas att det är en pump som upprätthåller en konstant vattennivå. Vi hoppas att efter att ha läst artikeln kommer du att förstå den största skillnaden!
Relaterade material:
Hämtar ...
